2011届高考物理复习教案核反应核能

2011届高三物理一轮教案核反应核能质能方程一、知识点梳理1、核反应在核物理学中，原子核在其它粒子的轰击下产生新原子核的过程，称为核反应．典型的原子核人工转变：147N+42He178O+11H质子11H的发现方程卢瑟福94Be+42He126C+10n中子10n的发现方程查德威克2、核能（1）核反应中放出的能量称为核能（2）质量亏损：原子核的质量小于组成它的核子质量之和．质量亏损．（3）质能方程：质能关系为Ｅ＝ｍｃ2原子核的结合能ΔＥ=Δｍｃ23、裂变把重核分裂成质量较小的核，释放出的核能的反应，叫裂变典型的裂变反应是：23592Ｕ+10ｎ9038Ｓr+13654Ｘe+1010ｎ4．轻核的聚变把轻核结合成质量较大的核，释放出的核能的反应叫轻核的聚变．聚变反应释放能量较多，典型的轻核聚变为：21Ｈ+31Ｈ42Ｈe+10ｎ5．链式反应一个重核吸收一个中子后发生裂变时，分裂成两个中等质量核，同时释放若干个中子，如果这些中子再引起其它重核的裂变，就可以使这种裂变反应不断的进行下去，这种反应叫重核裂变的链式反应二、典型例题例1．雷蒙德·戴维斯因研究来自太阳的电子中微子（v。）而获得了2002年度诺贝尔物理学奖．他探测中微子所用的探测器的主体是一个贮满615t四氯乙烯（C2Cl4）溶液的巨桶．电子中微子可以将一个氯核转变为一个氢核，其核反应方程式为νe＋3717Cl→3718Ar十0－1e已知3717Cl核的质量为36.95658u，3718Ar核的质量为36.95691u，0－1e的质量为0.00055u，1u质量对应的能量为931.5MeV.根据以上数据，可以判断参与上述反应的电子中微子的最小能量为（A）0.82MeV（B）0.31MeV（C）1.33MeV（D）0.51MeV[解析]由题意可得：电子中微子的能量EE=mc2-（mAr+me-mCl）·931.5MeV=(36.95691+0.00055-36.95658)×931.5MeV=0.82MeV则电子中微子的最小能量为Emin=0.82MeV[点评]应用爱因斯坦质能方程时，注意单位的使用。当m用kg单位，c用m/s时，E单位是J，也可像本题利用1u质量对应的能量为931.5MeV.例2、质子、中子和氘核的质量分别为ｍ１、ｍ２、ｍ３，质子和中子结合成氘核时，发出γ射线，已知普朗克恒量为ｈ，真空中光速为ｃ，则γ射线的频率υ＝______．[解析]核反应中释放的能量ΔＥ＝Δｍｃ２以释放光子的形式释放出来，由于光子的能量为hυ，依能量守恒定律可知：hυ=Δｍｃ２据此便可求出光子的频率。质子和中子结合成氘核：11Ｈ+10ｎ21Ｈ+γ这个核反应的质量亏损为：Δｍ＝ｍ１＋ｍ２－ｍ３根据爱因斯坦质能方程ΔＥ＝Δｍｃ２此核反应放出的能量ΔＥ＝（ｍ１＋ｍ２－ｍ）c2以γ射线形式放出，由Ｅ＝hυυ=hcmmm2321)([点评]此题考查计算质量亏损，根据爱因斯坦质能方程确定核能．关键是对质量亏损的理解和确定．例3.核聚变能是一种具有经济性能优越、安全可靠、无环境污染等优势的新能源。近年来，受控核聚变的科学可行性已得到验证，目前正在突破关键技术，最终将建成商用核聚变电站。一种常见的核聚变反应是由氢的同位素氘（又叫重氢）和氚（又叫超重氢）聚合成氦，并释放一个中子了。若已知氘原子的质量为2.0141u，氚原子的质量为3.0160u，氦原子的质量为4.0026u，中子的质量为1.0087u，1u=1.66×10-27kg。⑴写出氘和氚聚合的反应方程。⑵试计算这个核反应释放出来的能量。⑶若建一座功率为3.0×105kW的核聚变电站，假设聚变所产生的能量有一半变成了电能，每年要消耗多少氘的质量？（一年按3.2×107s计算，光速c=3.00×108m/s，结果取二位有效数字）[解析]（1）（3）nHeHH10423121（2）ΔE=Δmc2=（2．0141+3．0160-4．0026-1．0087）×1．66×10-27×32×1016J=2.8×10-12J（3）M=271066.10141.22Ept=122778108.21066.10141.2102.31032=23kg例4．众所周知，地球围绕着太阳做椭圆运动，阳光普照大地，万物生长．根据学过的知识试论述说明随着岁月的流逝，地球公转的周期，日、地的平均距离及地球表面的温度的变化趋势．[解析]太阳内部进行着剧烈的热核反应，在反应过程中向外释放着巨大的能量，这些能量以光子形式放出．根据爱因斯坦质能关系：ΔＥ＝Δｍ·ｃ2，知太阳质量在不断减小．地球绕太阳旋转是靠太阳对地球的万有引力来提供向心力G2RmM=mω2R，现因M减小，即提供的向心力减小，不能满足所需的向心力，地球将慢慢向外做离心运动，使轨道半径变大，日地平均距离变大．由上式可知，左边的引力G2RmM减小，半径R增大，引起地球公转的角速度变化，从而使公转周期变化G2RmM=m224TR，T2=GMR324，即T增大．一方面，因太阳质量变小，发光功率变小；另一方面，日地距离变大，引起辐射到地球表面的能量减小，导致地球表面温度变低．[点评]该题集原子物理与力学为一体，立意新颖，将这一周而复始的自然用所学知识一步一步说明，是一道考查能力、体现素质的好题．